背景介绍

与天然气或煤制乙炔技术相结合，乙炔选择性加氢制乙烯（HAE）已成为一种很有前途的非油制乙烯路线，是化学合成中最重要的组成部分之一。然而，热催化HAE通常需要200 ℃以上的高温和5 bar左右的高压，因此对能量要求很高。此外，大量的氢气（H₂）消耗使得该工艺成本更高。此外，乙烯的选择性也很难控制，因为在苛刻的反应条件下，进行热催化反应时乙炔过度加氢生成乙烷，并且很容易发生。因此，开发一种更经济、节能、高选择性的HAE工艺路线具有重要意义。

在2021年12月6日，厦门大学&中科院大连化学物理研究所邓德会研究员、中科院大连化学物理研究所于良博士（共同通讯作者）等人报道了一种利用碳负载铜（Cu）微粒（MPs）在常温和环境压力下实现高效、选择性地电催化HAE（E-HAE）的工艺。与热催化路径相比，该工艺有利于在温和条件下进行，并且与基于可再生电力的电还原水相结合，具有环境友好性，其中原位生成氢气（H₂）进行还原反应，从而避免额外的H₂供应，这是一条很有吸引力的炔烃半加氢路线。

通过优化铜催化剂以暴露更多的活性面，有利于乙炔的优先吸附和加氢，从而抑制了氢气的吸附和析出。结合调整电极电位以调节还原产物的选择性，在阴极电位高于-0.6 V vs. RHE时，可以完全避免乙炔过度加氢为乙烷。

综上所述，作者报道了一种在室温和常压下使用铜（Cu）催化剂的乙炔加氢高效电催化过程。通过调整电极电位以及使用GDL促进传质，在-0.6 V vs. RHE下达到了最高FE_C2H4为83.2%，并且在-0.7 V vs. RHE下达到了最高几何电流密度（j_C2H4）为26.7 mA cm^-2，这优于其他测试和已报道的其它催化剂。此外，在100 h稳定性试验中，Cu催化剂表现出良好的性能。

通过原位表征和DFT计算证实，从Cu表面到乙炔的电子转移增强了乙炔对氢的吸附，从而抑制析氢反应（HER），同时通过电子耦合质子转移机制促进E-HAE。本文报道的E-HAE工艺为开发节能环保的乙烯生产方法提供了新的前景。

Highly efficient ethylene production via electrocatalytic hydrogenation of acetylene under mild conditions.Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-27372-8.